新能源發(fā)電技術 電子課件 7.3 海流能發(fā)電技術

7.3海流能發(fā)電技術任課老師：2018年06月目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.57.3.1海流能概述1.海流的分類及成因洋流因風力和海水的溫度、鹽度差而形成的一種較為穩(wěn)定的大規(guī)模的海水流動。在月球和太陽的引潮力作用下，海水會出現(xiàn)周期性的漲落現(xiàn)象，被稱為潮汐。引潮力除了帶來潮汐，還會使海水產生周期性的水平流動，這就是潮流。潮流風生流主要存在于海水的上層,會隨著海水深度的增加而不斷減弱，直至小到可以忽略。7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因洋流因風力和海水的溫度、鹽度差而形成的一種較為穩(wěn)定的大規(guī)模的海水流動。在月球和太陽的引潮力作用下，海水會出現(xiàn)周期性的漲落現(xiàn)象，被稱為潮汐。引潮力除了帶來潮汐，還會使海水產生周期性的水平流動，這就是潮流。潮流7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因洋流因風力和海水的溫度、鹽度差而形成的一種較為穩(wěn)定的大規(guī)模的海水流動。風生流主要存在于海水的上層,會隨著海水深度的增加而不斷減弱，直至小到可以忽略。等壓面而因海水溫度、鹽度的不均勻性,實際海洋中的等壓面往往是傾斜的,因而在水平方向上存在著使海水流動的力。7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因潮流在月球和太陽的引潮力作用下，海水會出現(xiàn)周期性的漲落現(xiàn)象，被稱為潮汐。引潮力除了帶來潮汐，還會使海水產生周期性的水平流動，這就是潮流。流向

類一在近岸淺海、海峽、海灣、河口以及島嶼之間的水道中，由于地形的限制，潮流只能沿直線方向作往復運動，這被稱為往復式潮流。漲潮流落潮流7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因根據周期的不同，潮流也可分為半日潮和全日潮，其中半日潮的周期約為12小時25分，全日潮的周期約為24小時50分。周期類二如果一個太陰日內僅出現(xiàn)一次最強漲潮流速和一次最強落潮流速，這種潮流被稱為正規(guī)全日潮。在正規(guī)全日潮中還摻有半日潮的波動的潮流則是不正規(guī)全日潮。潮流這種往復式潮流稱之為正規(guī)半日潮0一個太陰日0一個太陰日這種往復式潮流稱之為不正規(guī)半日潮海流的變化較為平穩(wěn)海洋中有許多條洋流，每條洋流終年沿著一定的途徑流動，流向基本不變，流速也較為穩(wěn)定。潮流的流向和流速都具有周期性的變化，且變化周期一般與潮汐一致。7.3.1海流能概述1.海流的分類及成因？2.海流能定義：海流的動能，與流量及流速的平方成正比。開發(fā)條件：最高流速達2m/s以上的水道，其海流能被認為具有實際開發(fā)的價值。海流能的功率密度：指通過單位面積內的海流能，是表征一處海域海流能強弱或海流能資源豐富程度的重要指標。我國是全球海流能功率密度最大的地區(qū)之一。7.3.1海流能概述目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5海流能利用的主要方式是發(fā)電，其發(fā)電原理與風力發(fā)電類似。7.3.2海流能發(fā)電技術海水的動能水輪機的機械能電能利用潮流能發(fā)電時,由于潮流的運動具有周期性因此水輪機的轉動和能量轉換都具有確定的周期性變化1.能量轉換原理7.3.2海流能發(fā)電技術U為相對海流的速度ωR，葉片沿圓周切向速度阻力升力

1.能量轉換原理7.3.2海流能發(fā)電技術U為相對海流的速度ωR，葉片沿圓周切向速度阻力升力CL:葉片翼型的升力系數(shù)CD:阻力系數(shù)CM:力矩系數(shù)A:葉片特征面積C:葉片弦長ρ:流體密度1.能量轉換原理7.3.2海流能發(fā)電技術

2.貝茲理論提出：1919年，德國物理學家阿爾伯特·貝茲（AlbertBetz）提出了貝茲理論，從理論上對葉輪的能量利用率系數(shù)進行了推導。理論的條件：貝茲理論是基于“理想葉輪”的假設，即葉輪沒有輪轂，且葉片無限多，連續(xù)的、不可壓縮的流體均勻流過整個葉輪迎流面時不存在阻力，葉輪前后的流體流速方向均沿著葉輪軸向。

7.3.2海流能發(fā)電技術目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5發(fā)電機組包括水輪機、機械傳動系統(tǒng)和發(fā)電機。水輪機是核心，用來獲取海流能。大部分水輪機為旋轉類水輪機，一般可分為兩種：水平軸式和垂直軸式。電控系統(tǒng)用以控制發(fā)電系統(tǒng)并輸送電力。監(jiān)測系統(tǒng)負責監(jiān)測海流的流速和流向以及觀測海底地形。海洋工程結構用以支撐和固定發(fā)電系統(tǒng)。發(fā)電機組0102電控系統(tǒng)

監(jiān)測系統(tǒng)0304海洋工程結構

7.3.3海流能發(fā)電裝置總述?1.水平軸式海流能發(fā)電裝置透平葉輪的旋轉軸軸線方向與海流方向平行。這種形式與目前主流的風力發(fā)電裝置形式頗為類似。7.3.3海流能發(fā)電裝置特點水下風車7.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置

如何轉動發(fā)電

影響輸出功率的因素23優(yōu)點

17.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置1

如何轉動發(fā)電

影響輸出功率的因素23優(yōu)點

7.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置如何轉動發(fā)電流向與流速：當轉子平面正對著來流時，轉子才能按照設計的最大效率工作。提高效率的方法：潮流的流向具有周期性變化，水平軸式潮流能發(fā)電裝置需安裝偏航調節(jié)系統(tǒng)，以調節(jié)水輪的軸線方向，使葉片的迎流面始終面對來流。提高效率的方法：此外，與風力發(fā)電機相同，采用變槳距控制系統(tǒng)也可實現(xiàn)功率調節(jié)。12影響輸出功率的因素由于潮流的流向具有周期性變化，水平軸式潮流能發(fā)電裝置需安裝偏航調節(jié)系統(tǒng)，以根據來流方向來調節(jié)水輪的軸線方向，使葉片的迎流面始終面對來流。此外，與風力發(fā)電機相同，采用變槳距控制系統(tǒng)也可實現(xiàn)功率調節(jié)，使海流能發(fā)電機組的輸出功率保持穩(wěn)定。7.3.3海流能發(fā)電裝置1.水平軸式海流能發(fā)電裝置流向與流速：當轉子平面正對著來流時，轉子才能按照設計的最大效率工作。提高效率的方法：此外，與風力發(fā)電機相同，采用變槳距控制系統(tǒng)也可實現(xiàn)功率調節(jié)。3優(yōu)點影響輸出功率的因素22.垂直軸式海流能發(fā)電裝置透平葉輪的旋轉軸軸線方向垂直于海流方向。對垂直軸式機組而言，任何方向的來流，只要達到機組的啟動流速，都能夠帶動水輪機轉動。7.3.3海流能發(fā)電裝置特點豎軸式水輪機的葉輪可分為升力型、阻力型和升阻力混合型。橫軸式水輪機豎軸式水輪機7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置豎軸式水輪機類型是否可自啟可/不可自啟原因升力型可變槳距式√可通過調節(jié)槳距以達到足夠的力矩實現(xiàn)自啟動不可變槳距式×沒有足夠的力矩實現(xiàn)自啟動，需要通過控制發(fā)電機使其先切換為電動機來拖動葉輪轉動，啟動后再將電動機切換為發(fā)電機，由葉輪帶動發(fā)電機工作阻力型√－升阻力混合型√－7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置兩種升力型豎軸式水輪機φ型達里厄豎軸式水輪機H型豎軸式水輪機7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置豎軸式機組的結構構成由豎軸式葉輪及浮筒裝置組成，葉輪安裝在浮筒下端采用固定于海床上的沉箱結構，葉輪安裝于沉箱內，其余部分與漂浮式機組類似特點漂浮式機組極易受風浪影響較為穩(wěn)定漂浮式結構固定式結構7.3.3海流能發(fā)電裝置2.垂直軸式海流能發(fā)電裝置橫軸式水輪機豎軸式水輪機VS電氣部分能夠置于海面之上，使得系統(tǒng)的安裝、調試和維護更為方便。但達到更高的效率需要較大的葉片長度，對發(fā)電水域的水深要求較高。橫軸式機組的優(yōu)點在于葉片長度能夠橫向伸展，可以在淺水水域實現(xiàn)大功率發(fā)電。目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結與展望7.3.17.3.27.3.37.3.47.3.5我國海流能發(fā)電技術的開發(fā)始于20世紀70年代。80年代初，哈爾濱工程大學研究出了一種直葉片型的海流透平，能夠獲得較高的效率，并完成了60W模型的實驗室研究。此后，在此基礎上開發(fā)出了千瓦級的海流能發(fā)電裝置，在河流中進行了試驗。世界上已開展海流能發(fā)電技術開發(fā)的國家主要有美國、英國、加拿大、日本、意大利和中國等。1.海流能發(fā)電發(fā)展簡史7.3.4著名的海流能發(fā)電站SeaGen是世界上第一個大規(guī)模的商業(yè)化海流能發(fā)電項目，也是目前世界上最大的海流能發(fā)電裝置。英國SeaFlow和SeaGen海流能發(fā)電站SeaFlow是世界上第一臺安裝在廣闊海域上的海流能發(fā)電機組。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡史挪威Hammerfest海流能發(fā)電站2003年，由挪威HammerfestStream公司研制的一臺300kW海流能發(fā)電裝置在KvalSound海區(qū)開始了發(fā)電試驗。這是世界上第一個300kW級的并網型海流能發(fā)電站。。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡史意大利Kobold海流能發(fā)電站意大利PontediArchimede（PdA）公司和那不勒斯大學聯(lián)合開發(fā)了位于西西里海峽墨西拿水道的Kobold海流能發(fā)電站。電站經歷了多次改造，是世界上第一個接入電網的豎軸式海流能發(fā)電站，并在原有基礎上繼續(xù)安裝了6kW的太陽能發(fā)電系統(tǒng)，成為了世界上第一座實現(xiàn)與太陽能互補發(fā)電的漂浮式海流能試驗電站。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡史

中國萬向海流能發(fā)電站從1982年開始，哈爾濱工程大學在萬向集團的支持下陸續(xù)研制出了萬向I和萬向II海流能發(fā)電試驗裝置。該電站是世界上第一座采用坐底式的豎軸水輪機式海流能試驗電站，其支撐結構和基座連成一體，而基座穩(wěn)定地坐在海床上，可避免機組受到強臺風的襲擊。7.3.4著名的海流能發(fā)電站1.海流能發(fā)電發(fā)展簡史目錄Contents海流能概述海流能發(fā)電原理海流能發(fā)電裝置

著名的海流能發(fā)電站小結與展望7.3.1